单相电和三相电讲稿.ppt

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1、关于单相电和三相电第一页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电l什么是正弦交流电：什么是正弦交流电：随时间按正弦函数规律周期性变化的随时间按正弦函数规律周期性变化的 电压、电压、电流和电动势等电流和电动势等 物理量，通称为正弦量。物理量，通称为正弦量。它们在一个周期内平均值为零。它们在一个周期内平均值为零。l正弦量的三要素正弦量的三要素 频率、幅值、初相位频率、幅值、初相位第二页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电正弦量的三要素正弦量的三要素角频率角频率初相位初相位幅值幅值amplitudeangular frequencyinitial phase angle第三页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电频率

2、频率 f（周期（周期、角频率、角频率）周 期 T：变化一周所需的时间，用 s ms 表示。频 率 f：每秒重复变化的次数。单位：Hz 赫(兹)f=1/T角频率：每秒变化的角度(弧度)，=2f=2/T rad/s幅值与有效值幅值与有效值幅 值 正弦量变化过程中呈现的最大值，电流 Im，电压Um有效值 如果一个交流电流 i 通过一个电阻R，在一个周期内产生的热量为Q，而在相同的时间里产生相同的热量需通入直流电 为 I，则称 I 为 i 的 有效值。第四页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电相位、初相位和相位差相位、初相位和相位差 称为正弦交流电的相位初相位 是0 时刻到波形起始点那段距离对应的角度相位

3、差 两个同频正弦量相位角之差第五页，讲稿共四十三页哦 tu,iu iO tu,iu iO tu,iu iO =0 同相同相 =(180o)反相反相 =/2 /2 正交正交1 正弦交流电第六页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法代数形式：代数形式：指数形式：指数形式：极坐标形式极坐标形式其其中中第七页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电(1)加减运算加减运算A1A2ReImO若若 =a1+jb1，=a2+jb2则则 =(a1a2)+j(b1b2)(2)乘除运算乘除运算除法：模相除，角相减除法：模相除，角相减则则:若若 =|A1|1 ，若若 =|A2|2 乘法：模相乘，

4、角相加乘法：模相乘，角相加第八页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法正弦量正弦量表示法表示法瞬时值（三角函数）瞬时值（三角函数）波形图波形图向量式（复数）向量式（复数）向量图向量图1.波形图波形图相量图相量图对应对应正弦量正弦量第九页，讲稿共四十三页哦1 正弦交流电 电阻、电感、电容元件上电压电流关系的向量形式电阻元件电感元件电容元件第十页，讲稿共四十三页哦例:如图并联电路，设R=20，C=50F，试计算正弦电流iS频率等于100Hz和5kHz时的容抗。解f100Hz时f5kHz时由此可见，在iS频率等于5kHz时，XC0，0，i 滞后于u，电路为电感性当X0，

5、0，i 超前于u，电路为电容性当X=0，=0，i 与u同相位，电路为电阻性 处于(串联)谐振状态关于复阻抗的进一步讨论关于复阻抗的进一步讨论一般电路第十四页，讲稿共四十三页哦例 线圈的电阻R=250,电感L=1.2H，和一个C=10F的电容串联,外加电压 V，如图所示。求电路中的电流、线圈和电容器两端的电压，并画出电压、电流的相量图。解已知电路中的电流为电路的复阻抗 第十五页，讲稿共四十三页哦线圈的复阻抗线圈的端电压电容器的端电压电流、电压的瞬时值为电压、电流相量图 第十六页，讲稿共四十三页哦例例已知工频电路中，U220V，UR79V，UL=193V，I=0.4A。求：线圈电阻RL、电感L。解

6、RLR根据测量数据，以电流为参考相量作相量图第十七页，讲稿共四十三页哦例题如图电路中，设电流表 和 的读数均为1A，电流表内阻为零，电阻R两端的电压 ，A1且已知C的容抗为10，则总电压有效值为U=？A2解根据已知条件作向量图如下根据向量图结果，总电压有效值为U=10VR+XCXL10_+_+_A1A2利用相量的几何关系进行求解，是求解交流电路的常用方法。第十八页，讲稿共四十三页哦交流电路的功率 电路在某一瞬间吸收或放出的功率，称为瞬时功率1.瞬时功率 设无源二端网络的电流和电压分别为则电路的瞬时输入功率 第十九页，讲稿共四十三页哦电路性质电路性质p波形图波形图0 0电阻性电阻性UI(1-co

7、s2t)9090电感性电感性UIsin2t-90-90电容性电容性-UIsin2t第二十页，讲稿共四十三页哦电路在电流变化一个周期内负载吸收功率的平均值称为平均功率，对于正弦电路，其平均功率有功功率、无功功率与视在功率有功功率、无功功率与视在功率平均功率也叫有功功率 单位：W,kW功率因数功率因数角电路中的平均功率为电阻所消耗的功率，UIcos可以理解为I(Ucos)或U(Icos)第二十一页，讲稿共四十三页哦无功功率 单位：Var,kVar视在功率 单位：Va,kVa反映电阻所消耗的瞬时功率反映储能元件与电源的能量交换SQPRXZP、Q、S 的关系为一直角三角形，与阻抗三角形相似第二十二页，

8、讲稿共四十三页哦3.3.功率因数的提高功率因数的提高电源设备的容量负载消耗的有功功率因此要提高电源设备的利用率，就要求提高功率因数例如一台变压器容量S7500kVA功率因数 输出功率P1 7500kW0.7 5250kW较低的功率因数不能充分利用变压器的容量！另外，当负载的P及电压U一定时，I，因此消耗在输电线路上的功率pRLI2因工业是设备多为感性，故常用并联C，使得。第二十三页，讲稿共四十三页哦例例一台接在工频电源上的单相异步电动机，P1=700W，1=cos1=0.7(电感性)。要求并联一电容器，使得2=cos2=0.9，求所需电容量。700Wcos1=0.7+-C解接入电容前接入电容C

9、后电容C补偿的无功功率另第二十四页，讲稿共四十三页哦700Wcos1=0.7+-C选用500V，25F的电容器C补偿前后电流比较补偿前补偿后电压电流相量图第二十五页，讲稿共四十三页哦2 三相交流电概述：目前电力工程上普遍采用三相制供电。由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为50HZ)彼此之间相位互差120o的正弦电压所组成的供电相系统。正弦交流电路实际是三相电路的一相，因而称单相交流电路。另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路，因而前面讨论的交流电路的一般规律和计算方法，在此仍然适用。第二十六页，讲稿共四十三页哦相量形式相量形式2 三相交流电第二十七页，讲稿共四十三页哦对

10、称正弦量对称正弦量 幅值相等幅值相等,频率相同频率相同,相位互相差相位互相差120的正弦量的正弦量对称正弦量特点为：对称正弦量特点为：120UAUCUB120120三相电压相量图三相电压相量图第二十八页，讲稿共四十三页哦三相电源的联接三相电源的联接星形联接星形联接N中点中点或零点或零点N 把发电机三相绕组的末端把发电机三相绕组的末端 接成接成一点。而把始端一点。而把始端 作为与外电路相联接的端作为与外电路相联接的端点。点。这种联接方式称为电源的星形联结。这种联接方式称为电源的星形联结。火线火线中线或零线中线或零线火线火线火线火线线电压线电压相电压相电压目前，我国供电系统线电压目前，我国供电系统

11、线电压 380V，相电压，相电压220V。三相四线制三相四线制第二十九页，讲稿共四十三页哦N中点中点或零点或零点N火线火线中线或零线中线或零线火线火线火线火线线电压线电压相电压相电压根据根据KVL：第三十页，讲稿共四十三页哦各线电压与相电压之间的关系为各线电压与相电压之间的关系为:三相电源各电压间的相量关系三相电源各电压间的相量关系三相电源各电压间的相量关系三相电源各电压间的相量关系UAUCUB30o30o30o 线电压的有效值用线电压的有效值用 表示表示,相电压的有效值用相电压的有效值用Up表示。表示。由相量图可知它们的关系为由相量图可知它们的关系为:第三十一页，讲稿共四十三页哦交流电路中的

12、用电设备，大体可分为两类：交流电路中的用电设备，大体可分为两类：一一类类是是需需要要接接在在三三相相电电源源上上才才能能正正常常工工作作的的叫叫做做三三相相负负载载,如如果果每每相相负负载载的的阻阻抗抗值值和和阻阻抗抗角角完完全全相相等等，则为对称负载，如则为对称负载，如三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机。另另一一类类是是只只需需接接单单相相电电源源的的负负载载，它它们们可可以以按按照照需需要要接接在在三三相相电电源源的的任任意意一一相相相相电电压压或或线线电电压压上上。对对于于电电源源来来说说它它们们也也组组成成三三相相负负载载，但但各各相相的的复复阻阻抗抗一一般般不不相相等等，所所以

13、以不不是是三三相相对对称称负负载载。如如照明灯。照明灯。三相负载的联接三相负载的联接第三十二页，讲稿共四十三页哦1.Y 形联结形联结iBiCiNiAN 负载中电流负载中电流:(略线路阻抗略线路阻抗)中性线中的电流为中性线中的电流为:若负载对称，即若负载对称，即UAUCUBICIAIB 对称负载相量图对称负载相量图对称负载可以去掉中线。对称负载可以去掉中线。对称负载可以去掉中线。对称负载可以去掉中线。三相交流三相交流电动机电动机N第三十三页，讲稿共四十三页哦 如果三相负载对称如果三相负载对称,中线中无电流中线中无电流,故可将中线除去故可将中线除去,而成为三相三线制系统。而成为三相三线制系统。但是

14、如果三相负载不对称但是如果三相负载不对称,中线上就会有电流中线上就会有电流IN通过通过,此时中线是不能被除去的此时中线是不能被除去的,否则会造成负载上三相电压严否则会造成负载上三相电压严重不对称重不对称,使用电设备不能正常工作。使用电设备不能正常工作。第三十四页，讲稿共四十三页哦图中电源电压对称，图中电源电压对称，线电压线电压U=380 V，负载为，负载为 电灯组，每相电灯（额电灯组，每相电灯（额定电压定电压220V）负载的电阻）负载的电阻400。试计算：。试计算：(1)求负载相电压、相电流；求负载相电压、相电流；(2)如果如果A相断开相断开时，其他两相负载相电压、相电流；时，其他两相负载相电

15、压、相电流；(3)如果如果A短路短路时，其他两相负载相电压、相电流；时，其他两相负载相电压、相电流；(4)如果采用了三相四线制，当如果采用了三相四线制，当1相断开、短路时其他两相负载相电压、相断开、短路时其他两相负载相电压、相电流。相电流。iBiCiAN N 解：解：（1）负载对称负载对称时，可以不接中线，时，可以不接中线，负载的相电压与电负载的相电压与电 源源 的相电压相等的相电压相等（在额定电压下工（在额定电压下工作）作）。第三十五页，讲稿共四十三页哦iBiCiAN N(2)如果如果A相断开相断开时，其他两相负载相电压、相电流；时，其他两相负载相电压、相电流；(3)如果如果A短路短路时，时

16、，其他两相负载相电其他两相负载相电压、相电流；压、相电流；超过了的额定电压，灯将被损坏。超过了的额定电压，灯将被损坏。(4)如果采用了三相四线制，当如果采用了三相四线制，当1相断开、短路时其他两相负载相电相断开、短路时其他两相负载相电压、相电流。压、相电流。因有中线，其余两相未受影响，电压仍为因有中线，其余两相未受影响，电压仍为220V。但但A相短路相短路电流很大将熔断器熔断。电流很大将熔断器熔断。第三十六页，讲稿共四十三页哦 在如图（在如图（a）所示的三相四线制电路中）所示的三相四线制电路中,外加电压外加电压UL=380 V,试求各相负载电流及中线电流试求各相负载电流及中线电流。解解:相电压

17、选选选选为参考相量为参考相量,则则:(a)ANCNBUCIAUBR1 4 jXLj3 R3 6 j XCj 8ICIBR2 5IN电路图UA第三十七页，讲稿共四十三页哦中线电流为中线电流为中线的作用中线的作用:中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种不同的中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种不同的电压电压,同时又为星形联接的不对称负载提供对称的同时又为星形联接的不对称负载提供对称的 220 V相相电压。电压。因此因此,为了保证负载的相电压对称为了保证负载的相电压对称,在中线的干线上是在中线的干线上是不准接入熔断器和开关不准接入熔断器和开关的的,而且要用具有足够机械强度而且要用具有足够机

18、械强度的导线作中线。的导线作中线。ICIBINIAUBIBICUCUA36.997.153.1(b)相量图第三十八页，讲稿共四十三页哦负载的三角形联接负载的三角形联接（形）形）若忽略端线阻抗（若忽略端线阻抗（ZL=0）,则电路具有以下关系。则电路具有以下关系。iCABCiBiAiCAiBCiAB+uAB+uBC+uCA(2)负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系线、相电压对应相等线、相电压对应相等(1)负载线、相电压之间的关系负载线、相电压之间的关系各相负载相电流分别为各相负载相电流分别为各相负载的电压与电流相位差分别为各相负载的电压与电流相位差分别为第三十九页，讲稿共四十三页哦(2

19、)负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系 根据根据KCL，负载线、相电流，负载线、相电流之间的关系为之间的关系为若负载对称，即若负载对称，即和和 则负载相电流也是对称的，即则负载相电流也是对称的，即IAIBICICAIABIBC 显然三个线电流也对称，若有显然三个线电流也对称，若有效值用效值用Il表示，则有表示，则有IA=IB=IC=Il，且且 ；相位上，线电流相位上，线电流滞滞后后相应的相电流相应的相电流30o。UABUCAUBCiCABCiBiCAiBCiAB+uAB+uBC+uCA第四十页，讲稿共四十三页哦 (3)各线电流由各线电流由两相邻相电流决两相邻相电流决定。在对称条件定

20、。在对称条件下下,线电流是相电线电流是相电流的流的 倍倍,即即 ,且滞后于相应的且滞后于相应的相电流相电流30。由上述可知由上述可知,在负载为三角形联接时在负载为三角形联接时,相电压对称。相电压对称。若若某一相负载断开某一相负载断开,并不影响其他两相的工作。并不影响其他两相的工作。相量图相量图第四十一页，讲稿共四十三页哦三相负载采用何种联接方式由三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压负载的额定电压决定。决定。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源线线电压时采用电压时采用三角形三角形联接；联接；当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源相相电压时采用电压时采用星形星形联接。联接。三三相相四四线线制制三角三角形联形联接接星形联接星形联接NABCZ3Z2Z1M3 第四十二页，讲稿共四十三页哦感谢大家观看第四十三页，讲稿共四十三页哦